www.wikidata.uk-ua.nina.az

Радіоізотопне датування Радіоізото пне або радіометри чне датува ння метод визначення віку різних об єктів в складі яких

Радіоізотопне датування

Радіоізото́пне або радіометри́чне датува́ння — метод визначення віку різних об'єктів, в складі яких є який-небудь радіоактивний ізотоп. Базується на визначенні того, яка частина цього ізотопу встигла розпастися за час існування зразка. За цією величиною, знаючи період напіврозпаду даного ізотопу, можна розрахувати вік зразка.

Радіоізотопне датування широко застосовується в геології, палеонтології, археології та інших науках. Це джерело практично всіх абсолютних датувань різних подій історії Землі. До появи радіометричного датування були можливими тільки відносні датування — прив'язка до певних геологічних ер, періодів, епох і т. д., тривалість яких була невідома.

В різних методах радіоізотопного датування використовуються різні ізотопи різних елементів. Оскільки вони сильно відрізняються за хімічними властивостями (і, отже, за вмістом в різних геологічних та біологічних матеріалах і за поведінкою в геохімічних циклах), а також за періодом напіврозпаду, у різних методів відрізняється область застосування. Кожен метод можна застосовувати тільки до певних матеріалів та певного інтервалу віку. Найвідоміші методи радіоізотопного датування — це радіовуглецевий, калій-аргоновий та уран-свинцевий аналіз.

Історія Редагувати

Ідею радіоізотопного датування запропонував Ернест Резерфорд в 1905 році, через 9 років після відкриття радіоактивності Анрі Беккерелем. Уже через 2 роки, в 1907, Бертрам Болтвуд[en], радіохімік з Єльського університету, опублікував перші визначення віку деяких геологічних зразків. У наступні роки відбувався інтенсивний розвиток ядерної фізики та вдосконалення технологій, завдяки чому до середини XX століття була досягнута прийнятна точність радіоізотопних датувань. Цьому особливо сприяло винайдення мас-спектрометра. В 1949 році Віллард Ліббі розробив радіовуглецевий аналіз та продемонстрував його придатність на зразках дерева відомого віку (в інтервалі 1400 — 4600 років), за що в 1960 році отримав Нобелівську премію з хімії.

Фізичні основи Редагувати

Кількість будь-якого радіоактивного ізотопу зменшується з часом за експоненціальним законом (закон радіоактивного розпаду):

де:

Таким чином, кожен ізотоп має строго визначений період напіврозпаду — час, за який його кількість зменшується вдвічі. Період напіврозпаду пов'язаний зі сталою розпаду наступним чином:

Тоді можна виразити відношення через період напіврозпаду:

Виходячи з того, яка частина радіоізотопу розпалася за деякий час, можна розрахувати цей час:

Період напіврозпаду не залежить від температури, тиску, хімічного оточення, інтенсивності електромагнітних полів. Єдиний відомий виняток стосується тих ізотопів, які розпадаються шляхом електронного захоплення: у них є залежність швидкості розпаду від електронної густини в районі ядра. До таких відносяться, наприклад, 7Be, 85Sr і 89Zr. У таких радіоізотопів швидкість розпаду залежить від ступеня іонізації атома; є також слабка залежність від тиску і температури. Суттєвою проблемою для радіоізотопного датування це не є.

Джерела складностей Редагувати

Головні джерела складностей для радіоізотопного датування — це обмін речовиною між досліджуваним об'єктом і навколишнім середовищем, який міг відбуватися після утворення об'єкта, і невизначеність початкового ізотопного та елементного складу. Якщо на момент утворення об'єкта в ньому вже була деяка кількість дочірнього ізотопу, розрахований вік може бути завищеним, а якщо згодом дочірній ізотоп покидав об'єкт — заниженим. Для радіовуглецевого методу важливо, щоб не було порушеним співвідношення ізотопів вуглецю в початковий момент, оскільки вміст продукту розпаду — 14N — неможливо розпізнати (він нічим не відрізняється від звичайного азоту), і вік можна визначити тільки виходячи зі змін частки материнського ізотопу, яка не розпалася. Таким чином, необхідне якомога точніше вивчення історії досліджуваного об'єкта на предмет можливого обміну речовиною з навколишнім середовищем і можливих особливостей ізотопного складу.

Метод ізохрон Редагувати

Вирішити проблеми, пов'язані з привнесенням або втратою материнського або дочірнього ізотопу, допомагає метод ізохрон. Він працює незалежно від початкової кількості дочірнього ізотопу і дозволяє встановити, чи був у історії об'єкту обмін речовиною з навколишнім середовищем.

Цей метод базується на порівнянні даних по різних зразках з одного геологічного об'єкту, які мають явно однаковий вік, але відрізняються елементним складом (а отже, вмістом материнського радіонукліду). Ізотопний склад кожного елемента в початковий момент повинен бути однаковим для всіх зразків. Також ці зразки повинні містити разом з дочірнім ізотопом який-небудь інший ізотоп того ж елемента. Зразки можуть бути як різними мінералами з одного шматка гірської породи, так і різні частини одного геологічного тіла.

Тоді для кожного зразка виконується:

де:

В справедливості цього співвідношення неважко переконатися, зробивши скорочення в правій частині.

Концентрація дочірнього ізотопу на момент вимірювань буде , а концентрація материнського . Тоді:

Відношення і можна виміряти. Після цього будується графік, де ці величини відкладаються по ординатах та абсцисах відповідно.

Якщо в історії зразків не було обміну речовиною з навколишнім середовищем, то відповідні їм точки на цьому графіку лягають на пряму лінію, тому що коефіцієнт і доданок однакові для всіх зразків (а відрізняються ці зразки тільки початковим вмістом материнського ізотопу). Ця лінія називається ізохроною. Чим більшим є нахил ізохрони, тем більший вік досліджуваного об'єкта. Якщо обмін речовиною в історії об'єкта був, точки не лежать на одній прямій і це показує, що в даному випадку визначення віку є ненадійним.

Метод ізохрон застосовується в різних радіоізотопних методах датування, таких як рубідій-стронцієвий[en], самарій-неодимовий[en] та уран-свинцевий.

Температура закриття Редагувати

Якщо мінерал, кристалічна ґратка якого не утримує дочірній нуклід, достатньо сильно розігрівається, цей нуклід дифундує назовні. Таким чином, «радіоізотопний годинник» обнуляється: час, який пройшов з цього моменту, і отримується в результаті радіоізотопного датування. При охолодження нижче деякої температури дифузія даного нукліду припиняється: мінерал стає закритою системою у відношенні цього нукліду. Температура, при якій це відбувається, називається температурою закриття[en].

Температура закриття сильно відрізняється для різних мінералів та різних елементів. Наприклад, біотит починає помітно втрачати аргон при нагріванні до 280±40 °C, а циркон втрачає свинець при температурах >750 °C.

Методи радіоізотопного датування Редагувати

Використовуються різні радіоізотопні методи, які придатні для різних матеріалів, різних інтервалів віку та мають різну точність.

Уран-свинцевий метод Редагувати

Уран-свинцевий метод — один з найстаріших і добре розроблених способів радіоізотопного датування і, при хорошому виконанні, найбільш надійний метод для зразків з віком порядку сотень мільйонів років. При такому віці досяжна точність порядку 0,1 %. Дозволяє датувати навіть зразки, близькі за віком до Землі, внаслідок великого періоду напіврозпаду ізотопів урану, які використовуються з цією метою. Велика надійність і точність досягається завдяки тому, що використовуються два ізотопи урану, ланцюжки розпаду яких закінчуються різними ізотопами свинцю, а також завдяки деяким властивостям циркону — мінералу, що найчастіше використовується для уран-свинцевих датувань.

Використовуються наступні перетворення:

Іноді на додачу до них використовують розпад торію-232 (уран-торій-свинцевий метод):

Всі ці перетворення проходять у багато стадій, але проміжні нукліди розпадаються набагато швидше материнських.

Найчастіше для датувань уран-свинцевим методом використовують циркон (ZrSiO4); в деяких випадках — монацит, уранініт, титаніт, бадделеїт, цирконоліт (CaZrTi2O7) і навіть кальцит та арагоніт. Циркон має велику міцність, стійкість до хімічних впливів, високу температуру закриття і широко розповсюджений у вивержених породах. В його кристалічну ґратку легко вбудовується уран і не вбудовується свинець, тому увесь свинець у складі циркону як правило можна вважати радіогенним. За необхідності кількість нерадіогенного свинцю можна розрахувати за кількістю свинцю-204, який не утворюється при розпаді даних ізотопів урану.

Використання двох ізотопів урану, які розпадаються до різних ізотопів свинцю, дає можливість визначити вік об'єкта навіть у випадку втрати ним деякої частини свинцю (наприклад, внаслідок метаморфізму). Крім того, можна визначити вік цієї події метаморфізму.

Для датування можна використовувати підрахунок треків — слідів, залишених у зразку породи частинками, що утворюються при розпаді урану. Це циліндричні порожнини довжиною 10-15 мкм, які після обробки породи кислотою видно у звичайний мікроскоп. На основі їх кількості в зразку та вмісту в ньому урану можна розрахувати його вік. Перевагами цього методу є простота виконання, можливість використання дуже маленьких зразків та практична відсутність фону (треки від розпаду урану важко з чимось переплутати).

Свинець-свинцевий метод Редагувати

Свинець-свинцевий метод зазвичай використовують для визначення віку зразків, які складаються з суміші мінералів (його перевага в таких випадках перед уран-свинцевим методом пов'язана з високою рухливістю урану). Цей метод добре підходить для датування метеоритів, а також земних порід, які зазнали недавньої втрати урану. Він базується на вимірюванні вмісту трьох ізотопів свинцю: 206Pb (утворюється при розпаді 238U), 207Pb (утворюється при розпаді 235U) і 204Pb (нерадіогенний).

Зміна з часом співвідношення концентрацій ізотопів свинцю виводиться з наступних рівнянь:

де індекс t означає концентрацію ізотопу в момент вимірювань, а індекс 0 — в початковий момент.

Зручно використовувати не самі концентрації, а їх відношення до концентрації нерадіогенного ізотопу 204Pb.
Опускаючи квадратні дужки:

Поділивши перше з цих рівнянь на друге і враховуючи, що сучасне відношення концентрацій материнських ізотопів урану 238U/235U дорівнює 137,88 для всіх геологічних об'єктів (єдиним відомим виключенням є природний атомний реактор «Окло»), отримаємо:

Далі будується графік з відношеннями 207Pb/204Pb і 206Pb/204Pb по осях. На цьому графіку точки, які відповідають зразкам з різним вихідним співвідношенням U/Pb, будуть розташовуватися вздовж прямої (ізохрони), нахил якої показує вік зразка.

Свинець-свинцевим методом було визначено час формування планет Сонячної системи (тобто вік Землі). Це вперше зробив Клер Кемерон Паттерсон в 1956 році на основі досліджень метеоритів різних типів. Оскільки вони є уламками планетозималей, які пройшли гравітаційну диференціацію, різні метеорити мають різне значення U/Pb, що дозволяє побудувати ізохрону. Виявилося, що на цю ізохрону лягає і точка з середнім співвідношенням ізотопів свинцю для Землі. Сучасне значення віку Землі — 4,54 ± 0,05 млрд років.

Калій-аргоновий метод Редагувати

В цьому методі використовується розпад ізотопу 40K, який складає 0,012 % природного калію. Він розпадається в основному двома способами:

Період напіврозпаду 40K з врахуванням обох шляхів розпаду дорівнює 1,25 млрд років. Це дозволяє датувати і зразки з віком, рівним віку Землі, і зразки з віком в сотні, а іноді й десятки тисяч років.

Калій — сьомий за вмістом елемент в земній корі, і численні вивержені та осадові породи містять велику кількість цього елемента. Доля ізотопу 40K в ньому постійна з хорошою точністю. Для калій-аргонового датування використовуються різні слюди, застигла лава, польові шпати, глинисті мінерали, а також багато інших мінералів та гірських порід. Застигла лава годиться і для палеомагнітних[en] досліджень. Тому калій-аргоновий метод (точніше, його різновид — аргон-аргоновий метод) — основний метод калібрування шкали геомагнітної полярності.

Основний продукт розпаду 40K — 40Ca — нічим не відрізняється від звичайного (нерадіогенного) кальцію-40, якого в досліджуваних породах, як правило, багато. Тому найчастіше аналізують вміст іншого дочірнього ізотопу — 40Ar. Оскільки аргон — це інертний газ, він легко виходить з порід при нагріванні до декількох сотень градусів. Відповідно, калій-аргонове датування показує час останнього розігрівання зразка до таких температур.

Основна проблема для калій-аргонового датування, як і для інших радіоізотопних методів, — обмін речовиною з навколишнім середовищем і складності визначення початкового складу зразка. Важливо, щоб зразок в початковий момент не містив аргон, а потім не втрачав його і не забруднювався атмосферним аргоном. На це забруднення можна зробити поправку, виходячи з того, що в атмосферному аргоні є, крім 40Ar, й інший ізотоп (36Ar), але через його невелику кількість (1/295 всього аргону) точність цієї поправки невелика.

Є вдосконалений варіант калій-аргонового методу — 40Ar/39Ar-метод (аргон-аргоновий метод). В цьому методі замість вмісту 40K визначається вміст 39Ar, який утворюється з 39K при штучному опроміненні нейтронами. Кількість 40K можна однозначно визначити з кількості 39K завдяки сталості ізотопного складу калію. Перевага цього способу полягає в тому, що хімічні властивості 39Ar і 40Ar ідентичні, тому вміст цих ізотопів можна визначити з однієї наважки зразка одним і тим самим способом. Але кожне аргон-аргонове датування потребує калібрування з допомогою зразка відомого віку, опроміненого тим самим потоком нейтронів.

Порівняння калій-аргонових датувань з уран-свинцевими показує, що калій-аргонові як правило менші приблизно на 1 %. Ймовірно, це пояснюється неточністю прийнятого значення періоду напіврозпаду калію-40.

Радіовуглецевий метод Редагувати

Метод базується на розпаді вуглецю-14 і застосовується для об'єктів біологічного походження. Він дозволяє визначити час, який пройшов з моменту загибелі біологічного об'єкта і припинення обміну вуглецем з атмосферним резервуаром. Відношення вмісту вуглецю-14 до стабільного вуглецю (14C/12C ~ 10−10%) в атмосфері і в тканинах тварин і рослин, які знаходяться в рівноважному обміні з нею, визначається потоком швидких нейтронів у верхній атмосфері. Нейтрони, створювані космічними променями, реагують з ядрами атмосферного азоту-14 за реакцією утворюючи в середньому близько 7,5 кг вуглецю-14 за рік. Період напіврозпаду 14C дорівнює 5730±40 років; наявні методики дозволяють визначати концентрації радіовуглецю в біооб'єктах на рівні приблизно в 1000 раз менше рівноважної атмосферної концентрації, тобто з віком до 10 періодів напіврозпаду 14C (близько 60 тис. років).

Див. також Редагувати

Примітки Редагувати

  1. Geologic Time: Radiometric Time Scale. United States Geological Survey. 16 червня 2001. Архів оригіналу за 29 жовтня 2012. Процитовано 28 серпня 2015. (англ.)
  2. Arnold, J. R.; Libby, W. F. (1949). Age Determinations by Radiocarbon Content: Checks with Samples of Known Age. Science 110 (2869): 678–680. Bibcode:1949Sci...110..678A. PMID 15407879. doi:10.1126/science.110.2869.678. (англ.)
  3. Johnson, B. 1993 How to Change Nuclear Decay Rates Usenet Physics FAQ(англ.)
  4. Rob Butler 2001. Closure temperatures Dynamic Earth. School of Earth and Environment.(англ.)
  5. Robert Sanders 2004. Uranium/lead dating provides most accurate date yet for Earth's largest extinction UC Berkeley News(англ.)
  6. Родионов Н. В., Беляцкий Б. В., Антонов А. В., Пресняков С. Л., Сергеев С. А. Уран-свинцовый возраст бадделеита (ионный микрозонд SHRIMP-II) и его использование для датирования карбонатитовых массивов. — Доклады Академии наук, 2009. — Т. 428, № 2. — С. 244-248.(рос.)
  7. ↑ Andrew Alden. Uranium-Lead Dating [ 2013-03-29 у Wayback Machine.] About.com Geology(англ.)
  8. Pickering, R., Kramers, J.D., Partridge, T., Kodolanyi, J., Pettke, T. U–Pb dating of calcite–aragonite layers in speleothems from hominin sites in South Africa by MC-ICP-MS. — Quaternary Geochronology, 2010. — Vol. 5, no. 5. — P. 544-558.
  9. ↑ Dickin, A.P. Radiogenic Isotope Geology. — 2 ed. — Cambridge : Cambridge University Press, 2005. — 512 p. — ISBN 0-521-82316-1.(англ.)
  10. Геохронология // Большая советская энциклопедия : в 30 т. / главн. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : «Советская энциклопедия», 1969—1978. (рос.)
  11. Ядерные методы датирования. Физический факультет Южного федерального университета. Архів оригіналу за 17.04.2013. Процитовано 20.10.2016. 
  12. Треки в определении абсолютного возраста // Геологический словарь: в 2-х томах. — М.: Недра. Под редакцией К. Н. Паффенгольца и др.. 1978.
  13. Singer S. B., Hoffman K. A., Chauvin A., Coe R. S., Pringle M. S. (1999). Dating transitionally magnetized lavas of the late Matuyama Chron: Toward a new 40Ar/39Ar timescale of reversals and events. Journal of Geophysical Research 104 (B1): 679–693. doi:10.1029/JB084iB02p00615. оригіналу за 30 липня 2010. Процитовано 28 серпня 2015. (англ.)
  14. Титаева Н. А. Ядерная геохимия: Учебник. — 2-е изд. — М. : Издательство МГУ, 2000. — С. 99—102. — ISBN 5-211-02564-4.(рос.)
  15. K/Ar and 40Ar/39Ar Methods — The New Mexico Bureau of Geology & Mineral Resources [ 2017-08-03 у Wayback Machine.](англ.)

Література Редагувати

Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри
Дата публікації:
Radioizoto pne abo radiometri chne datuva nnya metod viznachennya viku riznih ob yektiv v skladi yakih ye yakij nebud radioaktivnij izotop Bazuyetsya na viznachenni togo yaka chastina cogo izotopu vstigla rozpastisya za chas isnuvannya zrazka Za ciyeyu velichinoyu znayuchi period napivrozpadu danogo izotopu mozhna rozrahuvati vik zrazka Radioizotopne datuvannya shiroko zastosovuyetsya v geologiyi paleontologiyi arheologiyi ta inshih naukah Ce dzherelo praktichno vsih absolyutnih datuvan riznih podij istoriyi Zemli Do poyavi radiometrichnogo datuvannya buli mozhlivimi tilki vidnosni datuvannya priv yazka do pevnih geologichnih er periodiv epoh i t d trivalist yakih bula nevidoma V riznih metodah radioizotopnogo datuvannya vikoristovuyutsya rizni izotopi riznih elementiv Oskilki voni silno vidriznyayutsya za himichnimi vlastivostyami i otzhe za vmistom v riznih geologichnih ta biologichnih materialah i za povedinkoyu v geohimichnih ciklah a takozh za periodom napivrozpadu u riznih metodiv vidriznyayetsya oblast zastosuvannya Kozhen metod mozhna zastosovuvati tilki do pevnih materialiv ta pevnogo intervalu viku Najvidomishi metodi radioizotopnogo datuvannya ce radiovuglecevij kalij argonovij ta uran svincevij analiz Zmist 1 Istoriya 2 Fizichni osnovi 3 Dzherela skladnostej 4 Metod izohron 5 Temperatura zakrittya 6 Metodi radioizotopnogo datuvannya 6 1 Uran svincevij metod 6 2 Svinec svincevij metod 6 3 Kalij argonovij metod 6 4 Radiovuglecevij metod 7 Div takozh 8 Primitki 9 LiteraturaIstoriya RedaguvatiIdeyu radioizotopnogo datuvannya zaproponuvav Ernest Rezerford v 1905 roci cherez 9 rokiv pislya vidkrittya radioaktivnosti Anri Bekkerelem Uzhe cherez 2 roki v 1907 Bertram Boltvud en radiohimik z Yelskogo universitetu opublikuvav pershi viznachennya viku deyakih geologichnih zrazkiv U nastupni roki vidbuvavsya intensivnij rozvitok yadernoyi fiziki ta vdoskonalennya tehnologij zavdyaki chomu do seredini XX stolittya bula dosyagnuta prijnyatna tochnist radioizotopnih datuvan Comu osoblivo spriyalo vinajdennya mas spektrometra 1 V 1949 roci Villard Libbi rozrobiv radiovuglecevij analiz ta prodemonstruvav jogo pridatnist na zrazkah dereva vidomogo viku v intervali 1400 4600 rokiv 2 za sho v 1960 roci otrimav Nobelivsku premiyu z himiyi Fizichni osnovi RedaguvatiKilkist bud yakogo radioaktivnogo izotopu zmenshuyetsya z chasom za eksponencialnim zakonom zakon radioaktivnogo rozpadu N t N 0 e l t displaystyle frac N t N 0 e lambda t nbsp de N 0 displaystyle N 0 nbsp kilkist atomiv u pochatkovij moment N t displaystyle N t nbsp kilkist atomiv pislya chasu t displaystyle t nbsp l displaystyle lambda nbsp stala rozpadu Takim chinom kozhen izotop maye strogo viznachenij period napivrozpadu chas za yakij jogo kilkist zmenshuyetsya vdvichi Period napivrozpadu T 1 2 displaystyle T 1 2 nbsp pov yazanij zi staloyu rozpadu nastupnim chinom T 1 2 ln 2 l displaystyle T 1 2 frac ln 2 lambda nbsp Todi mozhna viraziti vidnoshennya N t N 0 displaystyle frac N t N 0 nbsp cherez period napivrozpadu N t N 0 2 t T 1 2 displaystyle frac N t N 0 2 t T 1 2 nbsp Vihodyachi z togo yaka chastina radioizotopu rozpalasya za deyakij chas mozhna rozrahuvati cej chas t T 1 2 log 2 N t N 0 displaystyle t T 1 2 log 2 frac N t N 0 nbsp Period napivrozpadu ne zalezhit vid temperaturi tisku himichnogo otochennya intensivnosti elektromagnitnih poliv Yedinij vidomij vinyatok stosuyetsya tih izotopiv yaki rozpadayutsya shlyahom elektronnogo zahoplennya u nih ye zalezhnist shvidkosti rozpadu vid elektronnoyi gustini v rajoni yadra Do takih vidnosyatsya napriklad 7 Be 85 Sr i 89 Zr U takih radioizotopiv shvidkist rozpadu zalezhit vid stupenya ionizaciyi atoma ye takozh slabka zalezhnist vid tisku i temperaturi Suttyevoyu problemoyu dlya radioizotopnogo datuvannya ce ne ye 3 Dzherela skladnostej RedaguvatiGolovni dzherela skladnostej dlya radioizotopnogo datuvannya ce obmin rechovinoyu mizh doslidzhuvanim ob yektom i navkolishnim seredovishem yakij mig vidbuvatisya pislya utvorennya ob yekta i neviznachenist pochatkovogo izotopnogo ta elementnogo skladu Yaksho na moment utvorennya ob yekta v nomu vzhe bula deyaka kilkist dochirnogo izotopu rozrahovanij vik mozhe buti zavishenim a yaksho zgodom dochirnij izotop pokidav ob yekt zanizhenim Dlya radiovuglecevogo metodu vazhlivo shob ne bulo porushenim spivvidnoshennya izotopiv vuglecyu v pochatkovij moment oskilki vmist produktu rozpadu 14 N nemozhlivo rozpiznati vin nichim ne vidriznyayetsya vid zvichajnogo azotu i vik mozhna viznachiti tilki vihodyachi zi zmin chastki materinskogo izotopu yaka ne rozpalasya Takim chinom neobhidne yakomoga tochnishe vivchennya istoriyi doslidzhuvanogo ob yekta na predmet mozhlivogo obminu rechovinoyu z navkolishnim seredovishem i mozhlivih osoblivostej izotopnogo skladu Metod izohron RedaguvatiVirishiti problemi pov yazani z privnesennyam abo vtratoyu materinskogo abo dochirnogo izotopu dopomagaye metod izohron Vin pracyuye nezalezhno vid pochatkovoyi kilkosti dochirnogo izotopu i dozvolyaye vstanoviti chi buv u istoriyi ob yektu obmin rechovinoyu z navkolishnim seredovishem Cej metod bazuyetsya na porivnyanni danih po riznih zrazkah z odnogo geologichnogo ob yektu yaki mayut yavno odnakovij vik ale vidriznyayutsya elementnim skladom a otzhe vmistom materinskogo radionuklidu Izotopnij sklad kozhnogo elementa v pochatkovij moment povinen buti odnakovim dlya vsih zrazkiv Takozh ci zrazki povinni mistiti razom z dochirnim izotopom yakij nebud inshij izotop togo zh elementa Zrazki mozhut buti yak riznimi mineralami z odnogo shmatka girskoyi porodi tak i rizni chastini odnogo geologichnogo tila Todi dlya kozhnogo zrazka vikonuyetsya D 0 D M E 0 D M M 0 D M M 0 D M E 0 D 0 E 0 displaystyle D 0 Delta M over E 0 Delta M over M 0 Delta M left M 0 Delta M over E 0 right D 0 over E 0 nbsp de D 0 displaystyle D 0 nbsp koncentraciya dochirnogo izotopu v pochatkovij moment E 0 displaystyle E 0 nbsp koncentraciya neradiogennogo izotopu togo zhe elementa ne zminyuyetsya M 0 displaystyle M 0 nbsp koncentraciya materinskogo izotopu v pochatkovij moment D M displaystyle Delta M nbsp kilkist materinskogo izotopu yaka rozpalas za chas t displaystyle t nbsp do momentu vimiryuvan V spravedlivosti cogo spivvidnoshennya nevazhko perekonatisya zrobivshi skorochennya v pravij chastini Koncentraciya dochirnogo izotopu na moment vimiryuvan bude D t D 0 D M displaystyle D t D 0 Delta M nbsp a koncentraciya materinskogo M t M 0 D M displaystyle M t M 0 Delta M nbsp Todi D t E 0 D M M 0 D M M t E 0 D 0 E 0 displaystyle D t over E 0 Delta M over M 0 Delta M left M t over E 0 right D 0 over E 0 nbsp Vidnoshennya D t E 0 displaystyle D t over E 0 nbsp i M t E 0 displaystyle M t over E 0 nbsp mozhna vimiryati Pislya cogo buduyetsya grafik de ci velichini vidkladayutsya po ordinatah ta abscisah vidpovidno Yaksho v istoriyi zrazkiv ne bulo obminu rechovinoyu z navkolishnim seredovishem to vidpovidni yim tochki na comu grafiku lyagayut na pryamu liniyu tomu sho koeficiyent D M M 0 D M displaystyle Delta M over M 0 Delta M nbsp i dodanok D 0 E 0 displaystyle D 0 over E 0 nbsp odnakovi dlya vsih zrazkiv a vidriznyayutsya ci zrazki tilki pochatkovim vmistom materinskogo izotopu Cya liniya nazivayetsya izohronoyu Chim bilshim ye nahil izohroni tem bilshij vik doslidzhuvanogo ob yekta Yaksho obmin rechovinoyu v istoriyi ob yekta buv tochki ne lezhat na odnij pryamij i ce pokazuye sho v danomu vipadku viznachennya viku ye nenadijnim Metod izohron zastosovuyetsya v riznih radioizotopnih metodah datuvannya takih yak rubidij stronciyevij en samarij neodimovij en ta uran svincevij Temperatura zakrittya RedaguvatiYaksho mineral kristalichna gratka yakogo ne utrimuye dochirnij nuklid dostatno silno rozigrivayetsya cej nuklid difunduye nazovni Takim chinom radioizotopnij godinnik obnulyayetsya chas yakij projshov z cogo momentu i otrimuyetsya v rezultati radioizotopnogo datuvannya Pri oholodzhennya nizhche deyakoyi temperaturi difuziya danogo nuklidu pripinyayetsya mineral staye zakritoyu sistemoyu u vidnoshenni cogo nuklidu Temperatura pri yakij ce vidbuvayetsya nazivayetsya temperaturoyu zakrittya en Temperatura zakrittya silno vidriznyayetsya dlya riznih mineraliv ta riznih elementiv Napriklad biotit pochinaye pomitno vtrachati argon pri nagrivanni do 280 40 C a cirkon vtrachaye svinec pri temperaturah gt 750 C 4 Metodi radioizotopnogo datuvannya RedaguvatiVikoristovuyutsya rizni radioizotopni metodi yaki pridatni dlya riznih materialiv riznih intervaliv viku ta mayut riznu tochnist Uran svincevij metod Redaguvati Dokladnishe Uran svincevij metodUran svincevij metod odin z najstarishih i dobre rozroblenih sposobiv radioizotopnogo datuvannya i pri horoshomu vikonanni najbilsh nadijnij metod dlya zrazkiv z vikom poryadku soten miljoniv rokiv Pri takomu vici dosyazhna tochnist poryadku 0 1 5 Dozvolyaye datuvati navit zrazki blizki za vikom do Zemli vnaslidok velikogo periodu napivrozpadu izotopiv uranu yaki vikoristovuyutsya z ciyeyu metoyu Velika nadijnist i tochnist dosyagayetsya zavdyaki tomu sho vikoristovuyutsya dva izotopi uranu lancyuzhki rozpadu yakih zakinchuyutsya riznimi izotopami svincyu a takozh zavdyaki deyakim vlastivostyam cirkonu mineralu sho najchastishe vikoristovuyetsya dlya uran svincevih datuvan Vikoristovuyutsya nastupni peretvorennya 238 U 206 Pb z periodom napivrozpadu 4 47 mlrd rokiv ryad radiyu 235 U 207 Pb z periodom napivrozpadu 704 mln rokiv ryad aktiniyu Inodi na dodachu do nih vikoristovuyut rozpad toriyu 232 uran torij svincevij metod 232 Th 208 Pb z periodom napivrozpadu 14 01 mlrd rokiv ryad toriyu Vsi ci peretvorennya prohodyat u bagato stadij ale promizhni nuklidi rozpadayutsya nabagato shvidshe materinskih Najchastishe dlya datuvan uran svincevim metodom vikoristovuyut cirkon ZrSiO4 v deyakih vipadkah monacit uraninit titanit baddeleyit 6 cirkonolit CaZrTi2O7 7 i navit kalcit ta aragonit 8 9 Cirkon maye veliku micnist stijkist do himichnih vpliviv visoku temperaturu zakrittya i shiroko rozpovsyudzhenij u viverzhenih porodah V jogo kristalichnu gratku legko vbudovuyetsya uran i ne vbudovuyetsya svinec tomu uves svinec u skladi cirkonu yak pravilo mozhna vvazhati radiogennim 7 Za neobhidnosti kilkist neradiogennogo svincyu mozhna rozrahuvati za kilkistyu svincyu 204 yakij ne utvoryuyetsya pri rozpadi danih izotopiv uranu 10 Vikoristannya dvoh izotopiv uranu yaki rozpadayutsya do riznih izotopiv svincyu daye mozhlivist viznachiti vik ob yekta navit u vipadku vtrati nim deyakoyi chastini svincyu napriklad vnaslidok metamorfizmu Krim togo mozhna viznachiti vik ciyeyi podiyi metamorfizmu Dlya datuvannya mozhna vikoristovuvati pidrahunok trekiv slidiv zalishenih u zrazku porodi chastinkami sho utvoryuyutsya pri rozpadi uranu Ce cilindrichni porozhnini dovzhinoyu 10 15 mkm yaki pislya obrobki porodi kislotoyu vidno u zvichajnij mikroskop Na osnovi yih kilkosti v zrazku ta vmistu v nomu uranu mozhna rozrahuvati jogo vik Perevagami cogo metodu ye prostota vikonannya mozhlivist vikoristannya duzhe malenkih zrazkiv ta praktichna vidsutnist fonu treki vid rozpadu uranu vazhko z chimos pereplutati 11 12 Svinec svincevij metod Redaguvati Svinec svincevij metod zazvichaj vikoristovuyut dlya viznachennya viku zrazkiv yaki skladayutsya z sumishi mineraliv jogo perevaga v takih vipadkah pered uran svincevim metodom pov yazana z visokoyu ruhlivistyu uranu Cej metod dobre pidhodit dlya datuvannya meteoritiv a takozh zemnih porid yaki zaznali nedavnoyi vtrati uranu Vin bazuyetsya na vimiryuvanni vmistu troh izotopiv svincyu 206 Pb utvoryuyetsya pri rozpadi 238 U 207 Pb utvoryuyetsya pri rozpadi 235 U i 204 Pb neradiogennij Zmina z chasom spivvidnoshennya koncentracij izotopiv svincyu vivoditsya z nastupnih rivnyan 207 P b t 207 P b 0 235 U 0 e l 235 t 1 displaystyle left 207 mathrm Pb right t left 207 mathrm Pb right 0 left 235 mathrm U right 0 left e lambda 235 t 1 right nbsp 206 P b t 206 P b 0 238 U 0 e l 238 t 1 displaystyle left 206 mathrm Pb right t left 206 mathrm Pb right 0 left 238 mathrm U right 0 left e lambda 238 t 1 right nbsp de indeks t oznachaye koncentraciyu izotopu v moment vimiryuvan a indeks 0 v pochatkovij moment Zruchno vikoristovuvati ne sami koncentraciyi a yih vidnoshennya do koncentraciyi neradiogennogo izotopu 204 Pb Opuskayuchi kvadratni duzhki 207 P b 204 P b t 207 P b 204 P b 0 235 U 204 P b e l 235 t 1 displaystyle left frac 207 mathrm Pb 204 mathrm Pb right t left frac 207 mathrm Pb 204 mathrm Pb right 0 left frac 235 mathrm U 204 mathrm Pb right left e lambda 235 t 1 right nbsp 206 P b 204 P b t 206 P b 204 P b 0 238 U 204 P b e l 238 t 1 displaystyle left frac 206 mathrm Pb 204 mathrm Pb right t left frac 206 mathrm Pb 204 mathrm Pb right 0 left frac 238 mathrm U 204 mathrm Pb right left e lambda 238 t 1 right nbsp Podilivshi pershe z cih rivnyan na druge i vrahovuyuchi sho suchasne vidnoshennya koncentracij materinskih izotopiv uranu 238 U 235 U dorivnyuye 137 88 dlya vsih geologichnih ob yektiv yedinim vidomim viklyuchennyam ye prirodnij atomnij reaktor Oklo otrimayemo 207 P b 204 P b t 207 P b 204 P b 0 206 P b 204 P b t 206 P b 204 P b 0 1 137 88 e l 235 t 1 e l 238 t 1 displaystyle frac left frac 207 mathrm Pb 204 mathrm Pb right t left frac 207 mathrm Pb 204 mathrm Pb right 0 left frac 206 mathrm Pb 204 mathrm Pb right t left frac 206 mathrm Pb 204 mathrm Pb right 0 left frac 1 137 88 right left frac e lambda 235 t 1 e lambda 238 t 1 right nbsp Dali buduyetsya grafik z vidnoshennyami 207 Pb 204 Pb i 206 Pb 204 Pb po osyah Na comu grafiku tochki yaki vidpovidayut zrazkam z riznim vihidnim spivvidnoshennyam U Pb budut roztashovuvatisya vzdovzh pryamoyi izohroni nahil yakoyi pokazuye vik zrazka Svinec svincevim metodom bulo viznacheno chas formuvannya planet Sonyachnoyi sistemi tobto vik Zemli Ce vpershe zrobiv Kler Kemeron Patterson v 1956 roci na osnovi doslidzhen meteoritiv riznih tipiv Oskilki voni ye ulamkami planetozimalej yaki projshli gravitacijnu diferenciaciyu rizni meteoriti mayut rizne znachennya U Pb sho dozvolyaye pobuduvati izohronu Viyavilosya sho na cyu izohronu lyagaye i tochka z serednim spivvidnoshennyam izotopiv svincyu dlya Zemli Suchasne znachennya viku Zemli 4 54 0 05 mlrd rokiv 9 Kalij argonovij metod Redaguvati Dokladnishe Kalij argonova radiometriyaV comu metodi vikoristovuyetsya rozpad izotopu 40 K yakij skladaye 0 012 prirodnogo kaliyu Vin rozpadayetsya v osnovnomu dvoma sposobami b rozpad jmovirnist 89 28 period napivrozpadu 1 97 mlrd rokiv 19 40 K 20 40 C a e n e displaystyle mathrm 19 40 K rightarrow mathrm 20 40 Ca e bar nu e nbsp zahoplennya elektronu jmovirnist 10 72 period napivrozpadu 11 93 mlrd rokiv 19 40 K e 18 40 A r n e displaystyle mathrm 19 40 K e rightarrow mathrm 18 40 Ar nu e nbsp Period napivrozpadu 40 K z vrahuvannyam oboh shlyahiv rozpadu dorivnyuye 1 25 mlrd rokiv Ce dozvolyaye datuvati i zrazki z vikom rivnim viku Zemli i zrazki z vikom v sotni a inodi j desyatki tisyach rokiv 9 Kalij somij za vmistom element v zemnij kori i chislenni viverzheni ta osadovi porodi mistyat veliku kilkist cogo elementa Dolya izotopu 40 K v nomu postijna z horoshoyu tochnistyu 9 Dlya kalij argonovogo datuvannya vikoristovuyutsya rizni slyudi zastigla lava polovi shpati glinisti minerali a takozh bagato inshih mineraliv ta girskih porid Zastigla lava goditsya i dlya paleomagnitnih en doslidzhen Tomu kalij argonovij metod tochnishe jogo riznovid argon argonovij metod osnovnij metod kalibruvannya shkali geomagnitnoyi polyarnosti 9 13 Osnovnij produkt rozpadu 40 K 40 Ca nichim ne vidriznyayetsya vid zvichajnogo neradiogennogo kalciyu 40 yakogo v doslidzhuvanih porodah yak pravilo bagato Tomu najchastishe analizuyut vmist inshogo dochirnogo izotopu 40 Ar Oskilki argon ce inertnij gaz vin legko vihodit z porid pri nagrivanni do dekilkoh soten gradusiv Vidpovidno kalij argonove datuvannya pokazuye chas ostannogo rozigrivannya zrazka do takih temperatur 9 Osnovna problema dlya kalij argonovogo datuvannya yak i dlya inshih radioizotopnih metodiv obmin rechovinoyu z navkolishnim seredovishem i skladnosti viznachennya pochatkovogo skladu zrazka Vazhlivo shob zrazok v pochatkovij moment ne mistiv argon a potim ne vtrachav jogo i ne zabrudnyuvavsya atmosfernim argonom Na ce zabrudnennya mozhna zrobiti popravku vihodyachi z togo sho v atmosfernomu argoni ye krim 40 Ar j inshij izotop 36 Ar ale cherez jogo neveliku kilkist 1 295 vsogo argonu tochnist ciyeyi popravki nevelika Ye vdoskonalenij variant kalij argonovogo metodu 40 Ar 39 Ar metod argon argonovij metod V comu metodi zamist vmistu 40 K viznachayetsya vmist 39 Ar yakij utvoryuyetsya z 39 K pri shtuchnomu oprominenni nejtronami Kilkist 40 K mozhna odnoznachno viznachiti z kilkosti 39 K zavdyaki stalosti izotopnogo skladu kaliyu Perevaga cogo sposobu polyagaye v tomu sho himichni vlastivosti 39 Ar i 40 Ar identichni tomu vmist cih izotopiv mozhna viznachiti z odniyeyi navazhki zrazka odnim i tim samim sposobom Ale kozhne argon argonove datuvannya potrebuye kalibruvannya z dopomogoyu zrazka vidomogo viku oprominenogo tim samim potokom nejtroniv 14 15 Porivnyannya kalij argonovih datuvan z uran svincevimi pokazuye sho kalij argonovi yak pravilo menshi priblizno na 1 Jmovirno ce poyasnyuyetsya netochnistyu prijnyatogo znachennya periodu napivrozpadu kaliyu 40 9 Radiovuglecevij metod Redaguvati Dokladnishe Radiovugleceve datuvannyaMetod bazuyetsya na rozpadi vuglecyu 14 i zastosovuyetsya dlya ob yektiv biologichnogo pohodzhennya Vin dozvolyaye viznachiti chas yakij projshov z momentu zagibeli biologichnogo ob yekta i pripinennya obminu vuglecem z atmosfernim rezervuarom Vidnoshennya vmistu vuglecyu 14 do stabilnogo vuglecyu 14 C 12 C 10 10 v atmosferi i v tkaninah tvarin i roslin yaki znahodyatsya v rivnovazhnomu obmini z neyu viznachayetsya potokom shvidkih nejtroniv u verhnij atmosferi Nejtroni stvoryuvani kosmichnimi promenyami reaguyut z yadrami atmosfernogo azotu 14 za reakciyeyu n 7 14 N 6 14 C p displaystyle n mathrm 14 7 N rightarrow mathrm 14 6 C p nbsp utvoryuyuchi v serednomu blizko 7 5 kg vuglecyu 14 za rik Period napivrozpadu 14 C dorivnyuye 5730 40 rokiv nayavni metodiki dozvolyayut viznachati koncentraciyi radiovuglecyu v bioob yektah na rivni priblizno v 1000 raz menshe rivnovazhnoyi atmosfernoyi koncentraciyi tobto z vikom do 10 periodiv napivrozpadu 14 C blizko 60 tis rokiv Div takozh RedaguvatiGeologichnij vik Himichne datuvannyaPrimitki Redaguvati Geologic Time Radiometric Time Scale United States Geological Survey 16 chervnya 2001 Arhiv originalu za 29 zhovtnya 2012 Procitovano 28 serpnya 2015 angl Arnold J R Libby W F 1949 Age Determinations by Radiocarbon Content Checks with Samples of Known Age Science 110 2869 678 680 Bibcode 1949Sci 110 678A PMID 15407879 doi 10 1126 science 110 2869 678 angl Johnson B 1993 How to Change Nuclear Decay Rates Usenet Physics FAQ angl Rob Butler 2001 Closure temperatures Dynamic Earth School of Earth and Environment angl Robert Sanders 2004 Uranium lead dating provides most accurate date yet for Earth s largest extinction UC Berkeley News angl Rodionov N V Belyackij B V Antonov A V Presnyakov S L Sergeev S A Uran svincovyj vozrast baddeleita ionnyj mikrozond SHRIMP II i ego ispolzovanie dlya datirovaniya karbonatitovyh massivov Doklady Akademii nauk 2009 T 428 2 S 244 248 ros a b Andrew Alden Uranium Lead Dating Arhivovano 2013 03 29 u Wayback Machine About com Geology angl Pickering R Kramers J D Partridge T Kodolanyi J Pettke T U Pb dating of calcite aragonite layers in speleothems from hominin sites in South Africa by MC ICP MS Quaternary Geochronology 2010 Vol 5 no 5 P 544 558 a b v g d e zh Dickin A P Radiogenic Isotope Geology 2 ed Cambridge Cambridge University Press 2005 512 p ISBN 0 521 82316 1 angl Geohronologiya Bolshaya sovetskaya enciklopediya v 30 t glavn red A M Prohorov 3 e izd M Sovetskaya enciklopediya 1969 1978 ros Yadernye metody datirovaniya Fizicheskij fakultet Yuzhnogo federalnogo universiteta Arhiv originalu za 17 04 2013 Procitovano 20 10 2016 Treki v opredelenii absolyutnogo vozrasta Geologicheskij slovar v 2 h tomah M Nedra Pod redakciej K N Paffengolca i dr 1978 Singer S B Hoffman K A Chauvin A Coe R S Pringle M S 1999 Dating transitionally magnetized lavas of the late Matuyama Chron Toward a new 40Ar 39Ar timescale of reversals and events Journal of Geophysical Research 104 B1 679 693 doi 10 1029 JB084iB02p00615 Arhiv originalu za 30 lipnya 2010 Procitovano 28 serpnya 2015 angl Titaeva N A Yadernaya geohimiya Uchebnik 2 e izd M Izdatelstvo MGU 2000 S 99 102 ISBN 5 211 02564 4 ros K Ar and 40Ar 39Ar Methods The New Mexico Bureau of Geology amp Mineral Resources Arhivovano 2017 08 03 u Wayback Machine angl Literatura RedaguvatiTitaeva N A Yadernaya geohimiya Uchebnik 2 e izd M Izdatelstvo MGU 2000 336 s ISBN 5 211 02564 4 ros Dickin A P Radiogenic Isotope Geology 2 ed Cambridge Cambridge University Press 2005 512 p ISBN 0 521 82316 1 angl Ishhanov B S Osnovy geologii 17 Yadernaya hronologiya ros Koronovskij N V Yakushova A F Osnovy geologii 18 2 Absolyutnaya geohronologiya ros Borisov N M Prostavlyaem daty na geologicheskoj letopisi ili Kak fiziki geologam pomogayut ros Markov A V Hronologiya dalekogo proshlogo ros Dzhon Velli Istoriya yunoj Zemli V mire nauki Scientifi c American 1 2006 S 40 48 A J Cavasie J W Vallej S A Wilde The Edinburgh Ion Microprobe Facility in Earth and Planetary Science Letters Vol 235 No 3 p 663 681 July 15 2005 Otrimano z https uk wikipedia org w index php title Radioizotopne datuvannya amp oldid 39843923